D - Transporte de Granéis - Universidade Federal da Bahia

Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
ENG320 – Transporte Mecânico
Relatório Técnico
Projeto e Construção de um Transportador
Helicoidal
Salvador
Outubro 2003
Universidade Federal da Bahia
Escola Politécnica
Departamento de Engenharia Mecânica
ENG320 – Transporte Mecânico
Projeto e Construção de um Transportador
Helicoidal
Autores:
Cristiano L. do Sacramento
Fernando J. Quito da S. Filho
Guilherme O. Souza
Jorge A. N. Rêgo
Professor:
Roberto C. Sacramento
Salvador
Outubro 2003
2
ÍNDICE ANALÍTICO
1
Objetivo .................................................................................................................................. 4
2
Descrição do Equipamento................................................................................................... 4
3
Projeto .................................................................................................................................... 5
3.1
Composição do Equipamento.......................................................................................... 6
3.2
Memorial de Cálculo..................................................................................................... 13
3.2.1
Dimensionamento da Helicóide ............................................................................ 13
3.2.2
Características Técnicas do Transportador ........................................................... 18
3.2.3
Autonomia de Trabalho Oferecida pelo Silo......................................................... 19
3.3
Planejamento da Fabricação.......................................................................................... 20
3.4
Instruções de Montagem ............................................................................................... 23
3.5
Lista de Materiais ..........................................................................................................25
3.6
Planejamento das Atividades ........................................................................................ 26
4
Memorial de Fabricação e Montagem............................................................................... 27
5
Testes .................................................................................................................................... 29
6
Custos ................................................................................................................................... 30
7
Conclusão ............................................................................................................................. 32
8
Agradecimentos ................................................................................................................... 32
9
Referências Bibliográficas .................................................................................................. 32
10
Anexos .................................................................................................................................. 33
3
1
OBJETIVO
O objetivo do trabalho relatado no presente documento é projetar e construir um
transportador helicoidal de dimensões reduzidas, para fins didáticos, e futuro aproveitamento em
aulas expositivas de transportadores contínuos de granéis sólidos.
2
DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO
O Transportador Helicoidal é um equipamento industrial utilizado para o transporte
contínuo de granéis sólidos, apropriado para curtas distâncias e pequenas vazões. Versátil, ele
pode desempenhar funções outras, além de sua principal, para beneficiamento do material no
decorrer do processo como, misturar ou separar materiais e até resfriá-los ou aquecê-los.
Este equipamento é composto basicamente pelos seguintes itens, indicados na figura 1
abaixo, excetuando-se o conjunto de acionamento:
Figura 1 – Composição básica de um transportador helicoidal.
9 Conjunto de Acionamento – Constituído por motor, e caixa de redução e acionamento,
que geralmente é composta por polias ou engrenagens;
9 Hélice ou Helicóide (Item A) – Agente transportador do material. Sua forma pode variar
com as características do material a ser transportado, assim como com eventuais funções
adicionais. Os principais tipos são a convencional hélice simples, hélice com dentes, para
desagregar componentes do material transportado, hélice com pás, para realizar misturas,
4
e hélice em fita, podendo ser em fita simples ou fitas múltiplas, para transporte de
materiais viscosos ou pegajosos.;
9 Componentes de Travamento (Item B) – Ligam o transportador ao conjunto de
acionamento, e delimitam o posicionamento dos componentes móveis;
9 Mancais (Item C) – Sustentam o eixo da helicóide;
9 Tampas de Fechamento (Item D) – Efetuam o fechamento da carcaça e alojam os
mancais das extremidades;
9 Carcaça e Bocal de Entrada (Item E) – A carcaça é o elemento envoltório do
equipamento por onde o material é transportado. Pode ser aberta, tipo calha, com fundo
arredondado ou retangular, ou tubular. O bocal de entrada é por onde o material adentra o
transportador;
9 Flange de Fechamento (Item F) – Elemento que promove a união da carcaça com as
tampas de fechamento através de parafusos;
9 Bocal de Descarga (Item G) – Via de saída do material;
9 Suporte de Fixação (Item H) – Promove o sustento da carcaça e, conseqüentemente de
todo o equipamento.
3
PROJETO
O projeto do transportador helicoidal a ser criado foi, desde seu início, guiado pelo
objetivo principal do trabalho, supracitado. Dessa forma, foram definidos os aspectos e critérios
fundamentais que o levariam a atingir tal objetivo com eficiência. Estes estão dispostos a seguir:
9 Funções didáticas;
9 Dimensões reduzidas;
9 Facilidade de Montagem;
9 Facilidade no manuseio;
9 Facilidade na manutenção;
5
9 Segurança;
9 Economia;
Decidiu-se então que, como características didáticas, o transportador irá apresentar uma
carcaça transparente, que possibilitará aos alunos enxergarem a movimentação do material no
interior do equipamento e entenderem o seu mecanismo de funcionamento, e a possibilidade de
se transportar material de qualquer uma das extremidades para a oposta, demonstrando assim que
com a simples inversão do sentido de rotação da hélice, o sentido de transporte do material
muda, além de auxiliar no entendimento da associação de sentidos de construção da hélice e de
rotação do motor para o direcionamento correto do transporte do material.
Para atender o primeiro requisito, escolheu-se o acrílico para ser usado como matéria
prima na confecção da carcaça. Devido a excessivos dificuldade e dispêndio, necessários à
confecção de um perfil em calha, optou-se por uma carcaça tubular, por estarem disponíveis no
mercado tubos do material em questão. Com o intuito de atender também aos aspectos de
dimensões reduzidas e economia, foi adquirido um tubo de acrílico de 60mm de diâmetro
externo, 53mm de diâmetro interno e 1 m de comprimento, por esse se tratar do mais barato
encontrado.
Também atendendo ao requisito de economia, foram decididos o motor de acionamento a
ser usado e o material a ser transportado, uma vez que ambos foram doados. O primeiro atende
ainda ao requisito de função didática, pois permite facilmente a inversão do seu sentido de
rotação.
3.1
COMPOSIÇÃO DO EQUIPAMENTO
Com as premissas para a seqüência do projeto do transportador definidas, passou-se à
etapa de definição da composição do equipamento. O transportador helicoidal será constituído
pelos itens abaixo descritos e demonstrados na figura 2:
6
Figura 2 – Vista explodida do Transportador Helicoidal.
9 Carcaça tubular – Feita em acrílico com 60mm de diâmetro externo, 53mm de diâmetro
interno e 1 m de comprimento. A carcaça é bipartida axialmente para facilitar a
manutenção, montagem e limpeza. A união das duas partes e o fechamento são feitos por
intermédio de flanges, e entre as duas metades do tubo existe uma junta de borracha para
absorver vibrações residuais. As figuras abaixo ilustram esse componente e o desenho
mecânico referente aos tubos é o 01 anexo.
Figura 3 – Carcaça tubular em acrílico.
7
9 Junta de borracha – instalada entre os flanges de união das partes bipartidas para absorver
eventuais vibrações. Detalhada no desenho 02 anexo, e ilustrada abaixo.
Figura 4 – Junta de borracha
9 Tampas de fechamento – Também manufaturadas em acrílico, têm a função de fechar as
extremidades do transportador e alojar os rolamentos que sustentam o eixo helicoidal.
São ligadas ao tubo pelos flanges das extremidades deste. A tampa ilustrada a esquerda é
vazada para que o eixo passe por ela, já a ilustrada a direita tem uma pequena folga para
absorver imperfeições dimensionais no eixo. Desenhos 03 e 04 anexos.
Figura 5 – Tampas de fechamento.
9 Bocais de entrada e saída – Para as entradas e saídas do transportador foram escolhidos
colares de PVC para tubulações residenciais de diâmetro 60mm e entrada de ¾”
(figura5), devido a sua fácil adaptação ao tubo de acrílico, praticidade na conexão com
outros acessórios hidráulicos, e diâmetro de entrada e saída condizente com o planejado.
Este deveria ser pequeno devido a limitações de resistência da carcaça, feita de um
8
material frágil, outra característica favorável ao uso dos colares, pois este aumenta a
resistência mecânica de um local já fragilizado.
Figura 6 – Colar de PVC de 60mm de diâmetro.
9 Válvulas de descarga – Válvulas de esfera comerciais em PVC de ¾¨. Ilustração na figura
6 abaixo.
Figura 7 – Válvula de esfera em PVC de ¾”.
9 Conexões para alimentação— Niples em PVC, também de ¾¨.
Figura 8 – Niple em PVC de ¾”.
9
9 Fechamento do bocal de entrada não utilizado – Plug de ¾¨ para tamponar a extremidade
de entrada não utilizada, e evitar assim a saída do produto por este local, além de
funcionar como um acessório de segurança, pois evita que sejam inseridos quaisquer
objetos.
Figura 9 – Plug de ¾” em PVC.
9 Válvula de alimentação – Válvula de esfera em PVC de ¾¨ que permite um certo grau de
controle na vazão de entrada. Esta deve apresentar uma união em uma das extremidades,
permitindo uma maior flexibilidade na montagem. Assim pode-se desconectar o silo da
entrada sem a necessidade da remoção da válvula, ou de giro deste. A extremidade com
rosca, sem união, fica conectada ao silo, e a outra ao niple de entrada.
Figura 10 – Válvula de esfera em PVC com união.
9 Silo de alimentação – Fabricado em aço galvanizado, deve ser acompanhado de uma base
de mesmo material, e apresentar em sua extremidade inferior um niple de ¾”, também
10
em aço galvanizado, soldado ao silo, para o fácil engate da válvula de alimentação.
Quando totalmente cheio dispõe de uma autonomia de 13 minutos de operação do
transportador, na vazão de projeto indicada no memorial de cálculo. Pode ser observado
na figura 10 abaixo e nos desenhos 05 e 06 anexos.
Figura 11 – Silo de alimentação.
9 Helicóide – Peça inteiriça em aço carbono SAE 1045. Suas extremidades são rebaixadas
para acomodação dos mancais de rolamento, e uma delas apresenta um furo para a
fixação da polia por pino. Ilustrada abaixo e detalhada no desenho 07 anexo.
Figura 12 – Helicóide.
9 Mancais – Rolamentos de 12mm de diâmetro, de carcaça blindada tipo life lubricated.
11
9 Conjunto de acionamento – Composto por um motor monofásico de indução de ¼ de CV,
e 1700 rpm, polia motriz de 2”, polia movida de 8”, ligada ao eixo, e uma correia de
perfil em “V”. Abaixo estão a ilustração de todo o conjunto e uma foto do motor.
Figura 13 – Conjunto de acionamento e foto do motor.
9 Proteção do conjunto de acionamento – Como as peças rotativas apresentam um elevado
potencial de acidente, foi projetada uma proteção para evitar tanto o contato de pessoas,
por uma questão de segurança, como o de objetos estranhos, visando a integridade do
equipamento. Seu detalhamento encontra-se no desenho 08, e sua ilustração na figura 14
abaixo.
Figura 14 – Proteção do conjunto de acionamento.
9 Conjunto de energização do sistema – Consiste em uma entrada de energia externa que
está acoplada na base do conjunto, uma chave geral para acionar o sistema, e a fiação
para a ligação do motor e conexão deste a chave de inversão. Quase toda parte elétrica
está sob a base, conduzida por dutos, e a que está sobre a mesma, deve ser protegida,
evitando assim possíveis acidentes com os operadores e espectadores. Para a entrada de
12
energia e chave para acionar o sistema, usar-se-á um conjunto comercial que apresenta na
mesma moldura uma tomada e um interruptor.
9 Botão de inversão do sentido de rotação do motor – Chave seletora de três posições com
dois borns por posição.
9 Base de sustentação – Constituída de um pallet forrado com madeirite, para um melhor
acabamento, e duas torres de madeira para a sustentação da carcaça do transportador. Foi
escolhido o pallet por sua resistência e por permitir que as fiações passassem por baixo e
fossem fixadas com facilidade. Podem ser observados na figura abaixo, os recortes para
fixação do conjunto de energização, botão de inversão e furo para a passagem do duto
que conduz a fiação do motor. O detalhamento segue em anexo nos desenhos 09 e 10.
Figura 15 – Base e torre do Transportador.
9 Caixa – Em madeirite, e deve encaixar sobre a base com o auxílio das guias laterais
desta.
3.2
MEMORIAL DE CÁLCULO
Esta seção apresenta os cálculos necessários ao dimensionamento do transportador, e os
que determinam as características técnicas desse.
3.2.1
Dimensionamento da Helicóide
Para o dimensionamento da helicóide partiu-se das premissas já definidas, as dimensões
do tubo de acrílico encontrado, e a característica do material a ser transportado. O tubo comprado
apresenta as seguintes dimensões, 1m de comprimento, 60mm de diâmetro externo e 53mm de
13
diâmetro interno. O material recebido por doação é o polietileno de alta densidade, cujas
características são semelhantes ao material polietileno em bolinhas, encontrado na tabela 1-02 da
pág 1.09 do “Manual de Transportadores Contínuos” da FAÇO, de código B25PQ, portanto
trata-se de um material fino e não abrasivo de escoamento fácil.
Tomando-se como base o manual e catálogo “Screw Conveyor Engineering Guide”, da
empresa Thomas Conveyor Company, definiu-se o diâmetro externo da helicóide. De acordo
com o manual, a folga do helicóide para a carcaça é em média, cerca de 17 a 20 vezes menor que
o diâmetro interno da carcaça. Ainda baseando-se na fonte em questão, foi definido o diâmetro
do eixo da helicóide, que segundo esta, é em média ¼ do diâmetro externo da helicóide. Esses
cálculos estão expostos abaixo.
Diâmetro interno do tubo (Di) – 53mm
Utilizando-se a maior folga (f) indicada:
Figura 16 – Ilustração da folga entre a helicóide e a carcaça.
f =
Di
26,5
=
= 1,56
17 → 20
17
Assumimos então como folga o valor 1,5mm, o que corresponde a uma folga diametral de 3mm.
∴ Deh = Di-2.f = 53-3 = 50mm
Onde Deh – Diâmetro externo da helicóide.
14
Diâmetro do eixo da helicóide – Dih
Deh 50
=
= 12,5
Dih =
4
4
Como é difícil encontrar barras de sessão circular com esse diâmetro, comercialmente
falando, e a usinagem de um eixo com relação L/D grande como a encontrada nesse caso é muito
difícil, e apresenta riscos para a precisão dimensional, foi escolhida para o eixo, uma barra
comercial de aço SAE1045 de diâmetro igual a 9/16”.
Para checar a folga entre helicóide e carcaça usou-se uma metodologia semelhante a
usada no cálculo de resistência de parafusos de rosca quadrada, devido a semelhança guardada
entre esses e uma helicóide. Para este tipo de cálculo considera-se o parafuso como uma barra de
seção circular de diâmetro igual ao diâmetro médio da rosca, ou seja:
Deq =
Dep + Dip
2
Figura 17 – Perfil de uma rosca quadrada.
Onde:
Dep – Diâmetro externo do parafuso
Dip – Diâmetro interno do parafuso
P – Passo da rosca
Deq – Diâmetro equivalente do parafuso
Portanto esse parafuso equivale a uma barra de sessão circular de diâmetro equivalente
igual ao diâmetro médio da região do filete, pois o material nesta região só ocupa metade dos
espaços, uma vez que a outra metade está vazia. Assim, para a helicóide, usaremos uma barra de
seção circular de diâmetro igual a Deq proporcional a ocupação de material na região da rosca,
como segue:
15
Figura 18 – Perfil da helicóide.
Proporção:
e
3
=
= 0,06
P 50
Diâmetro equivalente:
Deq = Dih + ( Deh − Dih ) ⋅
Deq = 14,29 + (50 − 14,29) ⋅
e
P
3
= 16,43
50
Onde:
Deq – Diâmetro equivalente da helicóide
Dih – Diâmetro interno da helicóide
Deh – Diâmetro externo da helicóide
e – Espessura da helicóide
P – passo da helicóide
De posse do diâmetro equivalente podemos prosseguir com os cálculos da linha elástica.
Pelo livro “Mecânica dos Sólidos” volume 2 da Livros Técnicos e Científicos Editora, a deflexão
máxima para uma viga biapoiada sujeita a uma carga distribuída q é obtida pela seguinte
fórmula:
16
δ máx
5 ⋅ q ⋅ L4
=
384 ⋅ E ⋅ I
Onde:
δmáx – Deflexão máxima, que nestes casos ocorre no centro da viga
q – Carga distribuída
L – Comprimento da viga
E – Módulo de Elasticidade (para o aço é 2,1x105GPa)
I – Momento de inércia da seção
Sendo que:
q=
p
L
que para:
Peso do eixo p – 2,2kgf
L – Comprimento da helicóide ( 998mm)
É igual a:
2,2 ⋅ 9,81
q=
= 21,63 N / m
998 × 10 −3
E:
I=
π ⋅ D4
64
Que para D=Deq da helicóide é igual a:
I=
π ⋅ (16,43 × 10 −3 ) 4
64
= 3,58 × 10 −9 m 4
Então a deflexão máxima para a helicóide aqui projetada é:
δ máx
5 ⋅ 21,63 ⋅ (998 × 10 −3 ) 4
=
= 3,72 × 10 − 4 m = 0,372 mm
11
−9
384 ⋅ 2,1× 10 ⋅ 3,58 × 10 I
∴Não há risco de interferência entre a helicóide e a carcaça para a folga projetada.
17
3.2.2
Características Técnicas do Transportador
Com motor, carcaça, helicóide e material a ser transportado definidos podemos calcular
as outras características técnicas do transportador.
9 Vazão Q
A vazão para um transportador helicoidal qualquer é:
 π × D2   t × n 
 ×
Q = 3600× λ ×γ × K ×

4
60




Onde:
γ - Peso especifico do material
K – Fator de correção do ângulo de inclinação do TH
n – Velocidade do eixo (Rpm)
λ - Fator de correção do volume ocupado
t – Passo da hélice
Como o material utilizado é o polietileno de alta densidade, um material de densidade
média e não abrasivo, portanto λ=0,325, cujo γ é igual a 0,6tf/m3, e ainda levando-se em conta
que a velocidade de rotação do motor disponível é de 1700rpm, a redução do motor para o eixo é
de ¼, o diâmetro da helicóide e o passo da helicóide são 50mm e que não há inclinação do
transportador, temos que:

1700 
0
,
05
×



 π × 0,052  
 4   = 0,488t / h = 0,136kg / s
 ×
Q = 3600× 0,325× 0,6 ×1× 

60
4  





E a velocidade de deslocamento no interior do equipamento é de:
 1700 
0,05 ⋅ 

t ⋅n
4 

v=
=
= 0,354m / s
60
60
18
∴Dentro da faixa de velocidade recomendada na apostila do curso, que recomenda uma
velocidade entre 0,2 e 0,4 m/s.
9 Potência requerida
A potência requerida por um transportador helicoidal qualquer é obtida pela seguinte
fórmula:
N (Kw ) =
Q× H
Q×l
+ Co ×
367
367
Onde:
H – Elevação do material
Co – Coeficiente de resistência de acordo com o material que varia da seguinte forma:
1,2 – pós-granulosos
1,6 –
2,5 –
4,0 – Pedaços
l – Distância de transporte do material
Como trata-se de um material fino, portanto de Co=1,2, não há inclinação e o
comprimento a ser vencido é de 998mm, temos que a potência requerida no transporte é:
N=
0,488 × 0
0,488 × 0,998
+ 1,2 ×
= 1,59 × 10 −3 kW = 2,17 × 10 −3 CV
367
367
Como o motor disponível é de ¼ de CV, fornecendo portanto 0,175 CV para um
rendimento de 70%, o motor atende com folgas a exigência de potência do transporte.
3.2.3 Autonomia de Trabalho Oferecida pelo Silo
Projetou-se o silo nesse trabalho de forma que ele guardasse proporções compatíveis com
o equipamento, não podendo este ficar muito grande ou pequeno, com relação ao restante do
transportador, por questão de praticidade e economia, afinal, como iríamos carregar esse
componente se ele fosse muito grande, como fazê-lo caber na base, e qual o custo para uma
grande autonomia, e por uma questão também de estética.
Dessa forma temos que a autonomia fornecida pelo silo é:
A=
C
Q
19
Onde:
A – autonomia
C – Capacidade do silo
Q – Vazão do sistema
Sendo que a capacidade C do silo é determinada por:
C = V ⋅γ
Onde V é o volume do silo, que é igual a 8,44x10-3 m3, valor calculado pelo software de CAD
Solidworks, onde o componente foi projetado. Como γ é igual a 0,6t/m3, temos que:
C = 8,44 × 10 −3 ⋅ 600 = 5,06kg
Portanto temos uma autonomia de:
A=
3.3
5,06
= 37 s
0,136
PLANEJAMENTO DA FABRICAÇÃO
Optou-se pela fabricação própria de alguns componentes, sendo que os restantes serão,
comprados por estarem disponíveis no mercado, ou encomendados. Nesta última classificação se
enquadram o silo e sua base, e a proteção do conjunto de acionamento, ordenados sob medida de
acordo com os desenhos mecânicos anexos 05, 06 e 08 respectivamente. Outro caso particular é
o das polias do conjunto de acionamento, que necessitam de uma alteração de seus diâmetros
internos feita por torneamento.
As peças escolhidas para fabricação própria foram as abaixo listadas, seguidas dos seus
respectivos planejamentos de processo.
9 Carcaça Tubular – Para a fabricação do tubo flangeado, a seguinte seqüência de processo
é necessária. Primeiramente o tubo deve ser seccionado axialmente ao meio com uma
serra., a seguir são colados os flanges nas extremidades. Esses devem ser usinados a
20
partir de chapas de acrílico de 90x90x10mm, formando discos de 60mm de diâmetro
interno e 90 mm de diâmetro externo, e depois furados para colocação dos parafusos de
fixação, como indicado no desenho 11 anexo, e ilustrado abaixo.
Figura 19 – Flange do tubo.
Após a colagem dos flanges, procede-se à furação das bocas de entrada e saída como
indicado no desenho 01. Por fim fabrica-se o anel de borracha a partir de uma tira
fazendo-se um recorte em disco semelhante ao do flange, como disposto no desenho 02.
As tampas deverão ser usinadas a partir de chapas de 90x90x20mm, gerando discos com
os rebaixos para encaixe no tubo e alojamento dos rolamentos, seguindo os desenhos 03 e
04.
9 Helicóide – Este componente deve ser fabricado a partir da soldagem e conformação de
discos no eixo. O cálculo para o dimensional da helicóide está na memória de cálculo, e o
detalhamento da peça está no desenho 07 anexo. Os discos estão detalhados no desenho
12, e devem ser confeccionados com 3mm de espessura, e seus diâmetros interno e
externo são calculados tomando-se como base os diâmetros, externo da helicóide e do
eixo. A fórmula usada para tal dimensionamento é a seguinte:
Dd =
l passo
π
Onde:
Dd – Diâmetro do disco
Lpasso – Comprimento do contorno da hélice no intervalo de um passo
O comprimento do contorno da hélice para os diâmetros interno e externo da helicóide
foi obtido com auxílio do software de CAD/CAM, SurfCAM, onde foram desenhadas
21
duas espirais de uma revolução, passo 50mm, e diâmetros 50mm e 9/16”, e depois
calculado o comprimento da curva.
Lpasso – 164,84541592 mm, para D=50mm
Lpasso – 67,19158113mm, para D=9/16”
Portanto:
Ddexterno =
164,85
π
Dd int erno =
67,19
π
= 52,47mm
= 21,39mm
O número de discos a serem feitos é:
nd =
les
P
onde:
nd – número de discos
les – Distância entre entrada e saída
P – passo
Para o caso em questão, onde les é 900mm e P é 50mm:
nd =
900
= 18dis cos
50
A seguir deve ser feito um corte nos discos no sentido radial, soldá-los ao eixo e depois
conformá-los.
9 Base – Para a manufatura da base é usado um pallet de madeira forrado com uma folha
de madeirite, após isso devem ser feitos os recortes para o encaixe do conjunto de
energização do sistema, do botão de inversão e da passagem da fiação do motor. As
torres devem ter o encaixe para o tubo usinado de acordo com o desenho 10, e após a
fixação desta à base, de acordo com o desenho 13, passa-se à fase de pintura. Por fim
instala-se a fiação, o conjunto de energização e o botão de reversão.
9 Caixa – A caixa deve ser feita toda em madeirite seguindo o desenho 14 anexo.
22
3.4
INSTRUÇÕES DE MONTAGEM
Para a montagem final do equipamento, deve-se seguir os passos a seguir descritos e
ilustrados nas figuras abaixo.
9 Primeiramente deve-se fixar o motor à base e conectá-lo à fiação.
9 Como próximo passo monta-se o corpo do transportador. Primeiro unindo as duas
metades do tubo, sem esquecer a junta de borracha, montando a tampa do lado oposto do
motor, e montando os colares coincidindo o bocal destes com os furos de entrada e saída
do tubo, como ilustrado na figura 20 abaixo.
Figura 20 – Montagem do tubo e colares.
9 Insere-se a helicóide, com os rolamentos já montados no eixo, no tubo montado tomando
o devido cuidado para não arranhar a carcaça de acrílico, e fecha-se o tubo com a outra
tampa.
Figura 21 – Montagem do corpo.
23
9 Monta-se a polia maior no eixo fixando-a com um contra-pino, depois acomoda-se o
corpo nas torres, alinha-se as polias e encaixa-se a correia.
Figura 22 – Montagem do conjunto de acionamento
9 Por fim, monta-se a proteção do conjunto de acionamento, e os outros acessórios,
válvulas, niple, plug e silo no lado escolhido, como ilustrado na vista explodida disposta
na figura 2 a pág. 7 e disposta novamente abaixo.
Figura 23 – Vista explodida do transportador.
24
3.5
LISTA DE MATERIAIS
Para lograr a construção do transportador conforme o projetado serão necessários os
materiais dispostos na lista a seguir:
Item
Especificação
Quantidade
01
02
03
04
Tubo de Acrílico, L=1m,De=60mm e Di=53mm
Chapa de acrílico de 90x90x20mm
Chapa de acrílico de 90x90x10mm
Tira de borracha de 2mm de espessura
Colar de PVC para tubulações residenciais de diâmetro 60mm e entrada de
¾”
Válvula de esfera comercial em PVC de ¾¨
Niple em PVC de ¾¨
Plug em PVC de ¾¨
Válvula de esfera em PVC de ¾¨ com união
Barra de aço SAE1045 de 1,5m, bitola 9/16"
Chapa de aço SAE1045 de 3mm de espessura
Rolamento de 12mm de diâmetro
1
2
4
1
05
06
07
08
09
10
11
12
13
Motor monofásico de indução de 1/4CV, 1700rpm, 110/220V, 60Hz
Polia de alumínio de diâmetro 2"
Polia de alumínio de diâmetro 8"
Silo e Base
Proteção do conjunto de acionamento
Correia perfil em V para as polias acima
Conjunto comercial tomada-interruptor
Botão de 3 posições, 2 borns/posição
Pallet de madeira
Folha de madeirite espessura 6mm
Bloco de madeira
Parafuso Allem 4x40mm
Porca 4mm
Arruela 4mm
Parafuso cabeça sextavada 1/2"
Arruela 1/2"
Contra-pino
Parafuso 5mmx50mm
Arruela 5mm
Porca 5mm
Rolo de 5m de fio
3m de duto para fiação
Terminal para fixação em born
rolo de fita isolante
Tubo de cola
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
4
2
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
2
12
12
24
4
7
1
4
4
4
1
1
6
1
1
.
25
3.6
PLANEJAMENTO DAS ATIVIDADES
A construção do transportador helicoidal deve seguir o cronograma abaixo. A data de início do projeto é o dia 15/07, e data prevista
inicialmente para o término foi o dia 16/09, definido assim devido à viagem de um dos integrantes da equipe estar agendada para esta data.
ETAPA
1
2
3
4
5
6
7
DESCRIÇÃO
Projeto
Compra de materiais
Fabricação de peças
Montagem
Testes
Acabamento
Relatório
1
2
3
4
SEMANAS
5
6
7
8
9
4
MEMORIAL DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM
Esta seção tem o objetivo de expor as experiências vividas na fabricação e montagem do
equipamento, com suas peculiaridades e dificuldades.
Com o projeto concluído, e com os materiais comprados, passou-se a fase de manufatura
das peças de fabricação própria.
Primeiramente fabricou-se a carcaça tubular. Para a bipartição do tubo usou-se uma serra
fita. Os flanges foram obtidos de 4 chapas de acrílico de 90x90x10mm, para tal, estas foram
furadas em seu centro, em uma furadeira de bancada, depois fixadas, por meio de um parafuso
neste furo, à mesa do centro de usinagem CNC, e usinadas em forma de disco. Por fim, prendeuse as placas em uma placa de castanhas universais e o diâmetro interno do flange foi ajustado.
Figura 23 – Seqüência de fabricação dos flanges.
Após isso colou-se os flanges no tubo, e os bocais de entrada e saída foram furados em
uma furadeira radial.
As tampas foram obtidas através de processo semelhante, a partir de chapas de
90x90x20mm, excetuando-se a do lado oposto ao motor, que não pode ser furada de forma
passante. Para contornar essa limitação, foi feito primeiro o rebaixo, e depois prendeu-se a peça
por este rebaixo à uma placa de castanhas universais e fresou-se o diâmetro externo.
Figura 24 – Fabricação da tampa do lado oposto ao motor.
Já a junta de borracha foi obtida através de uma tira de borracha de 2mm de espessura.
Usou-se o flange como ferramenta de auxílio e cortou-se a borracha no formato com o uso de um
estilete.
Figura 25 – Tira de borracha.
O eixo helicoidal foi o componente que demandou maior trabalho. Inicialmente torneouse o eixo de bitola 9/16” com os rebaixos para o encaixe dos rolamentos. Como passo seguinte,
foram obtidos os discos a partir da chapa de aço de 3mm de espessura. Primeiro foram cortadas
18 chapas de 60x60 na guilhotina, depois estas foram furadas ao meio em uma furadeira de
bancada, após isso presas por intermédio de parafuso na mesa do centro de usinagem CNC, e
usinadas no diâmetro externo final, e por conseguinte foram levados ao torno para ajustar o
diâmetro interno, e para finalizar foi feita uma seção no sentido radial com um arco de serra.
Vale ressaltar aqui que toda a programação CNC para a usinagem das peças foi feita pelos
componentes da equipe.
Figura 26 – Fases da fabricação dos discos.
As fotos abaixo mostram os discos durante sua fabricação.
Figura 27 – Fabricação dos discos.
Com os discos prontos passou-se a etapa de soldagem destes ao eixo. A seguinte
seqüência foi seguida para todos os discos, primeiro deformava-se levemente o disco, depois
28
ponteava-se uma extremidade interna do disco ao eixo, após conformava-se o disco até atingir o
passo desejado, por fim ponteava-se a outra extremidade externa ao eixo.
Figura 28 – Componentes da equipe durante etapa de conformação da helicóide.
Para a fabricação da base forrou-se o pallet com uma folha de madeirite. Para o
prosseguimento dessa etapa era necessária a definição da disposição do transportador na base,
onde iriam ficar as torres e o posicionamento do motor. Com isso feito, fixaram-se as torres
previamente usinadas, e foram feitos os recortes para o conjunto de energização, botão de
iversão e passagem dos fios, e os furos para a fixação do motor e do conjunto de acionamento.
Após a pintura da base procedeu-se a etapa de instalação das fiações e acabamento, foram
fixados a base o conjunto de energização e o botão de inversão, o motor e a proteção do conjunto
de acionamento. Com isso feito tem-se a montagem completa das partes fixas, ficando o corpo
do transportador livre para ser montado e desmontado quando conveniente for.
5
TESTES
Após ter-se conseguido montar grande parte do transportador, foram realizados testes
para checar o funcionamento do mesmo. Nestes foi identificado apenas um problema, as
aberturas de saída não são compatíveis com a vazão máxima do transportador.
Este era um problema já esperado, uma vez que foram feitos furos de saída de dimensões
relativamente pequenas, devido a limitações estruturais do tubo, que é feito de acrílico, um
29
material frágil. Para limitar ainda mais as dimensões dos furos, há o fato de eles serem feitos em
regiões muito próximas, enfraquecendo ainda mais a carcaça.
Para contornar tal problema, procurou-se uma vazão ótima de funcionamento para o
transportador. Fazendo o equipamento trabalhar nesta, foi medida a nova vazão do transportador.
Para a medição enchia-se o silo, esperava-se o equipamento entrar em regime, e marcava-se o
tempo para encher um recipiente de 1 litro. Esse procedimento foi repetido 3 vezes.
9 Tempos medidos:
T1 – 94,2s
T2 – 95,1s
T3 – 94,8s
9 Tempo médio Tm:
T1 + T2 + T3 94,2 + 95,1 + 94,8
=
= 94,7 s
3
3
Tm =
9 Vazão ótima Qo:
Qo =
γ ⋅V
Tm
0,6 Kg / dm 3 ⋅ 1dm 3
=
= 6,34 × 10 −3 kg / s
94,7
9 Autonomia do silo para vazão ótima:
Como já calculado anteriormente, a capacidade do silo é de 5,06kg, portanto:
A=
6
C
5,06
=
= 798,64s = 13,31 min
Qo 0,00634
CUSTOS
Os custos deste trabalho estão expostos na tabela a seguir:
30
Item
Especificação
Quantidade
01
Tubo de Acrílico, L=1m,De=60mm e Di=53mm
1
02
Chapa de acrílico de 90x90x20mm
2
03
Chapa de acrílico de 90x90x10mm
4
04
Tira de borracha de 2mm de espessura
Colar de PVC para tubulações residenciais de diâmetro
60mm e entrada de ¾”
1
06
Válvula de esfera comercial em PVC de ¾¨
2
07
Niple em PVC de ¾¨
1
08
Plug em PVC de ¾¨
1
09
Válvula de esfera em PVC de ¾¨ com união
1
10
Barra de aço SAE1045 de 1,5m, bitola 9/16"
1
05
11
12
13
Chapa de aço SAE1045 de 3mm de espessura
Rolamento de 12mm de diâmetro
Motor monofásico de indução de 1/4CV, 1700rpm,
110/220V, 60Hz
Preço
R$ 194,00
R$
4,00
4
1
2
1
R$ 48,10
R$ 10,00
R$
-
R$ 16,00
R$
-
14
Polia de alumínio de diâmetro 2"
1
15
Polia de alumínio de diâmetro 8"
1
16
Silo e Base
1
R$ 100,00
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
Proteção do conjunto de acionamento
Correia perfil em V para as polias acima
Conjunto comercial tomada-interruptor
Botão de 3 posições, 2 borns/posição
Pallet de madeira
Folha de madeirite espessura 6mm
Bloco de madeira
Serviço de solda
Parafuso Allem 4x40mm
Porca 4mm
Arruela 4mm
Chaves Allem
Parafuso cabeça sextavada 1/2"
Arruela 1/2"
Contra-pino
Parafuso 5mmx50mm
Arruela 5mm
Porca 5mm
Rolo de 5m de fio
3m de duto para fiação
Terminal para fixação em born
rolo de fita isolante
Tubo de cola
Capacitor
Custo de peças mortas
Custo com impressão e gravaçãop em CD
Despesas com transporte e alimentação
1
1
1
1
1
3
2
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
10,00
5,00
6,00
7,00
45,00
18,00
60,00
R$
3,00
R$
3,00
R$
2,00
12
12
24
2
4
7
1
4
4
4
1
1
6
2
1
1
Custo
Total:
R$ 23,00
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$ 3,00
R$
R$ 6,00
R$ 40,85
R$ 20,00
R$ 120,00
R$ 743,95
31
7
CONCLUSÃO
Por se tratar de um sistema mecânico, projetar e construir este transportador helicoidal,
exigiu da equipe conhecimentos e estudo de diversas áreas da engenharia, colocando os
componentes diante de situações que encontrarão em suas vidas profissionais. Trabalho em
equipe, e preocupações com segurança, acabamento, respeito ao projeto e cumprimento de
prazos, presentes em uma ambiente profissional, foram foco deste trabalho.
Portanto, com os resultados aqui apresentados em total concordância com a nossa
proposta inicial, que era de um transportador helicoidal que demonstrasse seus princípios de
funcionamento de forma didática, e com a possibilidade desse vir a ser integrado futuramente
com outros transportadores fabricados por de alunos da disciplina, como transportadores
pneumáticos, de correia, e elevadores de canecas, formando um sistema integrado para transporte
contínuo de material, fica clara a reciprocidade de enriquecimento desse tipo de trabalho, que
traz benefícios tanto aos alunos que o desenvolveram, como para a disciplina, que incrementa a
sua infra-estrutura.
8
AGRADECIMENTOS
O grupo agradece ao Eng. Lúcio Cézar Alcântara Neves pelo apoio dado, e por ter
emprestado a sua oficina particular, recebendo os integrantes em sua casa por diversas vezes,
para que estes pudessem fabricar e guardar o transportador helicoidal.
9
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Apostila da disciplina ENG320 – Transporte Mecânico, versão 2002.2, produção
independente, ano2003.
2. Manual de Transportadores Contínuos, Faço, uma publicação técnica da ALLIS Mineral
Systems.
3. Screw Conveyor Engineering Guide, Thomas Conveyor Company.
32
10 ANEXOS
Seguem em anexo os seguintes documentos:
Item
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Descrição
Cronograma das atividades realizadas
Desenho 01 - Tubo cilíndrico
Desenho 02 - Junta de borracha
Desenho 03 - Tampa do lado do motor
Desenho 04 - Tampa do lado oposto ao motor
Desenho 05 - Silo
Desenho 06 - Base do silo
Desenho 07 - Helicóide
Desenho 08 - Proteção do conjunto de acionamento
Desenho 09 - Base do transportador
Desenho 10 - Torre da base
Desenho 11 - Flange
Desenho 12 - Disco para a helicóide
Desenho 13 - Montagem das torres
Desenho 14 - Caixa
CD contendo este relatório, arquivos de CAD, desenhos mecânicos fotos e
ilustrações
33